基因表达调控
原核生物基因的表达调控
第一节基因表达概述
--------基因表达就是储存遗传信息的基因，通过转录及翻译等步骤，产生具有一定生物功能的蛋白质的整个过程。
------一些基因产物总被需要，并且它们的基因在1种生物或有机体的全部细胞中，基本上以恒定的水平表达，这些基因称为管家基因(housekeeping genes)。恒定的、似乎不被调节的基因表达被称作基本的基因表达(constitutive gene expression)。实际上，基本的基因表达也是在一定的机制控制下进行的。
-------在特定条件下表达产物增加的基因称为可诱导(inducible)基因。可诱导基因在特定条件下增强表达的过程叫诱导(induction)。在应答分子信号时表达产物减少的基因称为可阻遏(repressible)基因。可阻遏基因在特定条件下表达水平降低的过程叫阻遏(repression)。
无论在原核及真核生物中，都至少有6个环节可能调节细胞中某种蛋白质的终浓度；初始转录物的合成、转录后加工， RNA的降解、多肽链合成、多肽链的修饰及加工、蛋白质降解。
***** 原核生物基因表达调控的总体特点可概括为如下几点：
一、表达调节相对比较简单。
二、细菌中仅存在1种RNA聚合酶识别基因启动子的特殊顺序(主要是以一10和一35为中心的两个通用顺序)，并不必须其它因子的协助。
三、许多基因是以操纵子为基础进行调节的。
四、包括正性和负性两种类型的调节。
五、目的主要是使单一的细胞适应营养环境变化以便细胞的生长和分裂尽可能最佳化。
-----由若干结构基因及共同的启动子以及行使控制功能的附加DNA顺序(如操纵基因)一起构成的基因表达的协同单位称为操纵子(operon)。许多基因的表达调节是以操纵子为单位进行调节的。
--- 转录就是在RNA聚合酶的催化下，以DNA双链中的1条链为模板合成RNA的过程。这一过程包括RNA聚合酶的模板识别、转录起始、RNA链延伸、转录终止4个阶段。
---- 能够与RNA聚合酶全酶结合并准确有效地起始转录的特异DNA序列称为启动子。
原核基因启动子一般包括转录起始点立即下游的少数碱基顺序及起始点上游-50bp范围内的 DNA顺序。
在细菌基因的启动子特性：转录起始点；以-10为中心的一段短序列；以-35为中心的一段短序列；-10与-35顺序之间的间隔距离。
起始点常见的是CAT顺序的中心碱基。但是这个三核苷酸顺序并不足以构成转录起始的专一信号。
在起始点上游六核苷酸顺序常被称作-10顺序，其通用顺序为 TATAAT。因为其首先被Pribnow所认识，故又被称作Pribnow盒。-10顺序的一个重要特征是A、T碱基丰富，这可能对于DNA解链是重要的。
另一个保守的六核苷酸顺序以转录起始点上游-35bp为中心，被称作-35顺序，其通用顺序是TTGACA。
-----启动子强度的概念被用来描述RNA聚合酶在启动子处起始转录的频率。它与-10顺序及-35顺序是否与通用顺序相同以及两个顺序之间的距离相关，但也受到转录起始点立即下游区碱基顺序的影响。
转录调节蛋白可分为阻遏蛋白和活化蛋白两种类型：
-----阻遏蛋白(或称阻遏子)是负性作用调节蛋白(negative acting regulatory proteins )，它在启动子位点或接近启动子位点与DNA结合，抑制了转录的发生。
------阻遏蛋白结合的DNA位点被叫做操纵基因(operator)。操纵基因位于启动子上游或下游，通常接近启动子且常常和启动子有部分顺序交迭。
------阻遏蛋白能够与一些极大影响其与操纵基因亲和力的小分子相结合。这些小分子称为效应物(effectors)。
效应物有两种类型，一类为诱导物(inducers)，当其与阻遏蛋白相结合时，减小阻遏蛋白与操纵基
，有着与诱导物相反的作用。
(positive—acting proteins)，它在启动子或接
RNA聚合酶结合到启动子上的频率。活化蛋白结合的DNA顺序叫活化位点。
大多数原核生物的转录调节蛋白都具有螺旋—转折—螺旋基序结构，并且以二聚体形式与 DNA结合。二聚体每个单体的识别螺旋进入DNA双螺旋结构的两个相邻的大沟(major groove
******乳糖操纵子的转录调节一正性和负性复合调控
乳糖操纵子包括依次排列着的启动子、操纵基因和3个结构基因，一个编码阻遏蛋白的调节基因位于乳糖操纵子的上游。因此乳糖操纵子是受到正性和负性双重调节，Lac阻遏蛋白起负性调节作用，而CAP起正性调节作用。
当E.coli在无乳糖的普通培养基中生长时，乳糖操纵子的调节基因编码的阻遏蛋白与操纵基因结合，抑制转录起始,不产生或每个细胞仅产生几个分子的代谢乳糖的酶。但当大肠杆菌在以乳糖为唯一碳源的培养基中生长时，乳糖等诱导物与阻遏蛋白的结合引起阻遏蛋白构象的改变，使之不能结合到操纵基因上行使转录抑制作用。这3种酶在每个细胞内可达到各几千个分子。。
当E.coli在以葡萄糖及乳糖为碳源的培养基中生长时，葡萄糖分解代谢的降解物能抑制腺苷酸环化酶的活性, 因而降低cAMP的浓度。调节乳糖操纵子转录的另一种蛋白--环腺苷酸结合蛋白(CAP)，当没有cAMP与之结合时，CAP处于非活化状态，不能增强转录。只产生极少的代谢乳糖的酶。只有当葡萄糖耗尽，cAMP的浓度升高，环腺苷酸结合蛋白(CAP)与cAMP结合后被活化，促进转录的进行。在乳糖的诱导下产生代谢乳糖的酶。
第七节转录终止调节
在 E.coli中已经发现了两种转录终止调节机制，称作衰减(attenuation)及抗终止(antitermination).
一、不依赖于Rho的终止位点有着特征顺序
转录终止子位点的顺序特征是：有一系列T残基，接着是GC丰富的带有若干间隔核苷酸的自身互补区，如(5′) CCCACTNNNNAGTGGG—(3′)。转录产物 RNA的3′端有一串U残基，紧接着是GC丰富的自身互补顺序。互补顺序便可能相互配对形成茎环结构与RNA聚合酶相互作用，致使RNA聚合酶停止移动。新生RNA3′端与DNA模板之间的rU—dA碱基配对是极其不稳定的，当RNA聚合酶停止移动时，这一短的(rU)n— (dA)n杂合区发生解链，导致RNA链从转录复合物中释放。
------- 转录衰减的DNA作用部位称为衰减子(attenuator)。它是一种位于结构基因上游前导区具有终止子结构的短顺序，其调节机制涉及前导顺序转录的RNA 5′端162个核苷酸顺序，这段mRNA前导顺序包含4个彼此互补的区域，可形成奇特的二级结构，当3、4区配对形成发卡结构时，便成为一个类似于转录终止子的结构。这种转最终止是不依赖于Rho的。
第十六章真核基因表达调控概论
真核基因的表达调控是一个非常复杂而精确的多级调控过程。涉及到转录前染色质的活化；转录水平的调节；转最后的加工；翻译水平的调节及翻译后的修饰等。在这些调控步骤中，基因的转录是遗传信息传递过程中最具有选择性的步骤，’也是基因表达的中心环节。
**********转录起始因子的种类和功能
TFⅡ-D负责识别和结合TATA盒。
TFⅡ—B能与酸性激活蛋白相互作用，增强转录效率。TFⅡ-B也负责募集转录酶Ⅱ。
TFⅡ—E的功能是促进TFⅡ—H的激酶活性，降低TFⅡ—H的解旋酶活性。
TFⅡ—F可与TFⅡ—B协同募集RNA聚合酶Ⅱ。对聚合酶Ⅱ的链延伸也有作用。TFⅡ—F还具有依赖于ATP供给能量的DNA解旋酶活性。
TFⅡ—H是依赖ATP、参与DNA损伤修复的DNA解旋酶。蛋白激酶活性能使RNA聚合酶Ⅱ大亚基的CTD中Ser或Thr磷酸化，使转录酶脱离起始复合体，进入延伸状态。
TFⅡ—I可以识别起始子INR(initiator)序列。与 TBF结合参与形成转录起始复合体。
TFⅡ—A只在RNA聚合酶Ⅱ转录时对 TFⅡ-D与TATA盒的结合起稳定作用，在转录起始中并非必需。
*********真核基因转录的顺式作用元件(Cis—actingElement)：
可分为启动子元件和调节元件。启动子元件是精确的转录起始及维持基础转录所必需的。调节元件可以增强或减弱转录效率。
(一)启动子
1．TATA盒
启动子一般位于真核基因转录起始点上游200bp以内。典型的真核基因具有TATA盒，多数真核基因的TATA盒位于转录起始点上游25～30bp处。TATA盒决定转录的方向和精确的转录起始点。
2．起始子
某些无TATA盒的基因转录起始点附近发现了起始子元件INR。也有一些真核基因既具有典型的TATA 盒，也有INR序列.
3.上游启动子元件(upstreampromotorelement)
上游启动子元件UPE，或启动子近侧元件(promoter proximal sequence element，PSE)，也称为上游激活序列(upstream activiting sequence，UAS)。这类序列中最常见的为转录起始点上游-70bp的CAAT盒，还包括GC盒(GGGCGG)。此外还有GCCACACCC序列等。UPE元件能通过调节转录起始复合体，增强TATA元件、 INR元件的转录效率。
(二)调节元件(regulatory element)：
调节元件一般是指基因转录起始点上游200bp以上区域的顺式作用元件，包括两大类，1类是起正调控作用的顺式元件，如增强子(enhencer)；1类是起负调控作用的顺式元件，如沉寂子(silencer)。 1．增强子
增强子是位于真核基因中远离转录起始点，能明显增加启动子转录效率的顺式作用元件，通常距转录起始点0.2到5Kb，个别情况可远离转录起始点几十Kb。增强子区别于一般正调控元件的1个重要特征是它对方向和定位没有依赖性。增强子序列在真核基因中的序列长度一般在70～200bp之间，可由多个独立的短序列组成，对碱基顺序有严格要求的核心序列常由8—12个核苷酸组成。部分序列有回文结构的特征。核心序列单位可以形成多拷贝的串联体。每个单位序列可称为增强子元(enhanson)。
2．沉寂子
起负调控作用的沉寂子所具有的特性与增强子类似，即沉寂子的功能不受定位和方向的限制。沉寂子与相应的反式作用因子结合后，可降低或封闭某些基因的表达。由增强子和沉寂子的协调作用，可决定基因表达的时空顺序。
3．转座元件(transposable element)
在真核细胞基因组中，有一些序列元件可在染色体间转换，即这些DNA序列在染色体上座位不是固定不变的，而是可以在一系列的靶位点之间插入或移出，由此被称为转座元件。转座元件的长度一般在1Kb到10Kb范围内。
*******真核基因转录调控的反式作用因子的结构特点
反式作用因子是指能够直接或间接地识别各顺式作用元件，参与调控靶基因转录效率的一类蛋白质。不同DNA顺式作用元件与相应的反式作用元件的相互作用，以及不同反式作用因子之间的相互作用是真核基因复杂的转录调控机制的基础。
反式作用因子一般具有两大类结构域：一类是识别和结合特异DNA顺式元件所必需的；另一类是调节基因转录效率所必需的。
(一)反式作用因子的DNA序列识别与结合结构域
1.螺旋—转折—螺旋(helix—turn—helix，HTH)
此类蛋白因子中至少含有两个α螺旋，两个螺旋间可由短肽形成大约120度的转角。HTH结构域可结合于靶DNA序列的主沟。
2．锌指(Zinc Finger，ZF)
结构域单位中，一对半胱氨酸存在于β片层结构中，一对组氨酸存在于α螺旋结构中，每个单位的两个Cys和两个His通过配位键结合1个锌离子,称为锌指结构域。
3．亮氨酸拉链(1eucine zipper，LZ)
此结构域的氨基酸残基序列的特征是含有数个亮氨酸，而且亮氨酸出现的位置很有规律，每7个氨基酸中的第7个都为亮氨酸，这样就使此区域的α螺旋上每隔两圈的同一位置出现一个亮氨酸，也可能是其他疏水性氨基酸，两个蛋白质分子对应的α螺旋区之间的两行亮氨酸通过疏水性相互作用形成1个类似拉链的结构。由此称为亮氨酸拉链。
4螺旋—环—螺旋(helix—loop—helix，HLH)
DNA结合区中，存在两个两性的α螺旋，其间被长短不同的肽段分隔而形成螺旋—环—螺旋结构。
(二)反式作用因子的活化域
在真核基因的转录调控过程中，目前比较清楚的活化域有以下几种结构特征。
1.富含酸性氨基酸的α螺旋结构域：
2．富含谷氨酰胺的结构域：
3．富含脯氨酸的结构域：
------ 本身具有序列结构相似性，又能结合同一类顺式作用元件的反式作用因子称为反式作用因子家族。
*******转录起始的过程和调节机制
RNA聚合酶Ⅱ必需几种通用性起始因子的协同作用才能组装成有转录活性的前转录起始复合体(preinitiation complex，PIC)。一般情况下，PIC的组装由TFⅡ-D与真核基因启动子核心元件TATA 盒结合开始，TFⅡ-D与TATA形成复合体后，RNA聚合酶Ⅱ和其余的起始因子可以相继加入这一复合体，依次加入TFⅡ-B，RNA聚合酶Ⅱ，TFⅡ-F后，即可形成最低限度的复合体，激活后可启动mRNA的转录。但不能使RNA链的合成顺利延伸，只有再加入具有激酶和解旋酶活性的TFⅡ-E，TFⅡ-H等因子之后才能组装成具有完整功能的PIC。TFⅡ-A虽然不是mRNA转录所必需的因子，但它可以协助TFⅡ-D与TATA盒的结合，加快PIC的组装过程，从而增加转录效率。一旦转录起始，TFⅡ-D，TFⅡ-A停留在转录起始点，而其它转录起始因子可与RNA聚合酶一起随mRNA的延伸，在DNA模板上移动。真核基因转录起始复合体形成之后，转录的启动往往还需要其它激活或辅助因子与转录起始因子之间的相互作用。
起负调控作用的因子的作用机制可能包括与TFⅡ—D的TAF结合，阻断有活性的转录起始复合体的形成，也可能降低转录起始复合体的稳定性，甚至将转录起始因子从复合体上解离，从而影响转录起始复合体正确组装。而起正调控作用的因子的作用机制则可能是和激活蛋白结合后，解除负调控辅助因子的作用，增强转录起始复合体的转录效率。有些辅助因子本身也可能激活特定的转录调控因子或通过连接激活蛋白与转录起始复合体，提高转录效率。
(二)远端调控机制
-----远端调控元件的调控模型：
增强子加速真核基因转录的机制可能存在以下几种形式：在反式作用因子和其它辅助因子的参与下，和转录起始复合体之间以成环(looping)方式相连接，直接增强转录起始复合体的转录活性。另1种可能的模式是可将DNA转录模板固定在细胞核基质上，有助于DNA拓扑异构酶改变DNA双螺旋的构象，更有利于RNA聚合酶为核心的转录起始复合体对DNA的稳定结合，解旋及其在DNA模板上滑动的速度，从而增加转录效率。
2．协同调控机制
转录起始点上游存在同源的上游激活序列(upstream activation sequence，UAS)，UAS序列的功能类似于高等真核生物的增强子序列，但UAS一般距转录起始点几百bp以内才能起作用，而且对方向和定位都有依赖性。这种顺式作用元件之间的协同作用在多数情况下是通过反式作用因子相互作用的介导产生的。。
3．多功能蛋白因子与组成性应答元件
某些反式因子和顺式元件自身就具有多功能性。由此可分别称为多功能蛋白因子和组成性应答元件(composite response element)。和多功能蛋白因子类似，有一些特定的顺式作用元件在不同细胞中，由于与不同的蛋白因子的作用而表现不同的调控活性，此类元件称为组成性应答元件。即此类元件的调控活性取决于细胞中的蛋白因子的组成。
真核基因mRNA的翻译调控
一、翻译起始的模式：
Kozak的滑动扫描模型(scanning model)，其学说要点为：真核生物核糖体40s亚单位在与mRNA结合之前，先与真核翻译起始因子elf-3、elf-4c结合，而后再与携带有elf-2和GTP的Met-tRNA结合形成复合中间体。而同时，mRNA则先要ATP提供能量与起始因子elf-4F、elf-4A、elf-4B形成复合中间体。然后前一个复合中间体识别并结合在后一复合中间体的mRNA帽子结构上，形成一个起始滑动的复合体。该复合体沿着真核mRNA的5′端非翻区向翻译起始点滑动，寻找起始密码子AUG。当到达正确的起始密码子AUG位点时，核糖体60s亚单位结合于40s亚单位复合体上，并同时伴随elf-5因子的结合与elf-2-GDP的释放，形成完整的翻译起始复合体，并开始肽链的生物合成。
三、mRNA非翻译区对翻译的调控
对翻译起重要调控作用的顺式作用元件主要存在于mRNA的5′非翻译区和3′非翻译区内。
*******5′非翻译区对翻译起始的调控
1．5′帽子m7G
帽子结构对于起始因子elf-4F识别并结合于mRNA以及最终形成翻译起始复合体所必需的。此外，帽子结构可以保持mRNA不被5′核酸外切酶降解，增加mRNA的半寿期；帽子结构有利于mRNA从细胞核向胞质转运；帽子结构还可通过翻译调节因子与polyA协同作用而增加翻译效率。
2．起始密码AUG及上游AUG的作用：
一般情况下，mRNA翻译从靠近5′端的第一个AUG密码开始。90％以上的真核mRNA的翻译符合第一AUG规律。但是，也有一些真核mRNA的翻译不符合第一AUG规律。在这些mRNA中，在真正开始多肽合成的AUG上游的5′非翻译区内存在其它的AUG位点，称为上游AUG密码。上游AUG组成的开放阅读框一般对于翻译起始起负调控作用。AUG不但是翻译的起始密码子，而在非翻译区内的AUG可作为翻译调控中重要的顺式作用元件。
3．起始密码的旁侧序列
AUG两侧的序列对翻译效率也具有重要影响。mRNA起始密码子AUG两侧有共有序列(consensussequence)。AUG上游-3位的A和下游+4位的G可使AUG成为一个起始翻译的最适密码子。此外， AUG上游的-1位～-3位的3个核苷酸序列也存在一定的规律性。
4．起始密码AUG的先导序列
因为40S翻译起始复合体要占据一定的空间，因此mRNA 5′端非翻译区中的帽子距离第一个AUG之间必须有一合适的长度范围，才能保证第一个起始密码子能被翻译起始复合体识别。5′端帽子到第一个AUG之间的距离也称做先导序列的长度(1eader length)。有效的翻译还要求先导序列要有一定的长度。无论是真核细胞还是原核细胞，mRNA的翻译起始点上游都需具备稳定翻译起始复合体的先导序列。
5．前导序列的二级结构
许多真核生物mRNA具有较长的非翻译区，其中的反向重复序列可形成茎环或发卡状的二级结构。发卡结构影响40S亚单位转录起始复合体对翻译模板的结合与移动，因而可对翻译起抑制作用。其影响的大小取决于二级结构的稳定性及其与转录起始密码AUG之间的距离。
*****3′非翻译区对翻译的調控
1.CPE元件
一些真核细胞mRNA脱尾之后，还可以在细胞质中重新加尾，并恢复翻译活性。这是因为在这些mRNA的3′非翻译区内存在细胞质多聚腺苷酸元件(cytoplasmk poly A element，CPE )。这种加尾过程是在细胞质中进行的，与核内加尾的过程不同，必需有CPE元件的参与。在这种翻译调控机制中，CPE 元件具有十分重要的作用。
2．终止密码
通过对终止密码的旁侧序列的分析，发现mRNA中GC含量可能影响对终止密码的选用。此外，还发现编码天冬氨酸的AAC和编码赖氨酸的AAG密码经常出现在紧邻终止码的 5′端。在终止密码的旁侧序列中，发现终止码上游紧邻的第1个核苷酸常为C或 U，下游紧邻的第1个核苷酸常为A或。
3．PolyA尾
polyA尾对翻译的调控作用不仅表现在增加mRNA的稳定性。作为翻译过程的1个重要的顺式元件，它还通过前面提到的polyA结合蛋白PABP的介导，直接激活翻译的起始过程。
4．UA序列元件
许多短效mRNA的3′非翻译区内常含有UA序列元件。它由相向排列的数个UUAUUUAU 8核苷酸核心序列组成。UA序列属于对翻译效率有抑制作用的顺式作用元件。其抑制作用的强弱取决于拷贝数的多少，而与距离终止密码子的远近无关。但只在3′非翻译区中起作用，置于5′非翻译区则不显示功能。
四、mRNA的稳定性对翻译的调节
通过调节mRNA的稳定性控制蛋白质生物合成是翻译调控的一个重要途径，一些短效细胞因子mRNA 内含有UA序列，UA序列可加速mRNA的降解速率。在这些细胞因子的mRNA翻译出合适量的多肽后，即迅速降解，以避免过量表达影响细胞的正常生存状态。除去UA序列外，某些mRNA中还存在一些调节mRNA的稳定性的特异序列元件。
真核细胞mRNA的polyA尾是增加mRNA稳定性的重要因素，polyA尾逐步消减到完全消失常常是mRNA开始降解的先兆。而失去或无polyA尾的mRNA加尾后可大大提高半寿期。
mRNA不但是多肽合成的模板，而且它本身的序列结构也是翻译调节的分子基础。诸多在翻译水平具有调控作用的反式作用因子，都需要直接或间接地与mRNA上特异的序列元件相互作用，才能发挥调控功能。而mRNA上特异的调控元件大多存在于5′，或3′非翻译区，可见mRNA上的非编码序列并非多余的附属物，而是复杂的翻译调控机制所必需的。
五、再编码信号和蛋白质合成支路
某些mRNA(如逆转录病毒基因组)的特征性分子结构可能形成再编码信号(recoding signal)，使正常的翻译过程中止，并发生翻译移码(translationalframeshift)，导致1个mRNA分子合成一种以上的蛋白。
翻译移码出现于一个特殊的密码子，其下游的mRNA序列具有特殊的再编码信号。翻译移码往往是-1，+l者比较少见。
终止密码子周围特异的核苷酸序列还可能造成终止密码子渗漏 (1eaky)，以至在多肽链末端插入若干额外的氨基酸。
除了翻译移码和天然校正(利用校正tRNA)以外，蛋白质合成支路也是再编码途径之一。
E.coli有1种特殊的翻译读码方式，核糖体能够跳过一个终止密码子继续合成。换言之，在多肽链合成过程中核糖体可以通过支路(非正常途径)移位，故称之为蛋白质合成支路或核糖体跳跃(ribosome jumping)或tRNA跳跃(hopping)。
后来又陆续在噬菌体和高等真核生物中发现这种翻译方式，跳过去的mRNA碱基数可多达55个，同时也能发生-1或+1移码。
真核生物基因表达调控
第十章作业 1. 简述真核生物基因表达调控的7个层次。 ①染色体和染色质水平上的结构变化与基因活化 ②转录水平上的调控，包括基因的开与关，转录效率的高与低 ③RNA加工水平的调控，包括对出事转录产物的特异性剪接、修饰、编辑等。 ④转录后加工产物在从细胞核向细胞质转运过程中所受到的调控 ⑤在翻译水平上的控制，即对哪一种mRNA结合核糖体进行翻译的选择以及蛋白质成量的控制 ⑥对蛋白质合成后选择性地被激活的控制，蛋白质和酶分子水平上的剪接等的控制 ⑦对mRNA选择性降解的调控 2. 真核基因表达调控与原核生物相比有何异同？ 相同点：①与原核基因的调控一样，真核基因表达调控也有转录水平调控和转录后水平的调控，并且也以转录水平调控为最重要； ②在真核结构基因的上游和下游(甚至内部)也存在着许多特异的调控成分，并依靠特异蛋白因子与这些调控成分的结合与否调控基因的转录。 不同点：①原核细胞的染色质是裸露的DNA，而真核细胞染色质则是由DNA与组蛋白紧密结合形成的核小体。 ②在原核基因转录的调控中，既有激活物参与的正调控，也有阻遏物参与的负调控，二者同等重要。 ③原核基因的转录和翻译通常是相互偶联的，即在转录尚未完成之前翻译便已开始。 ④真核生物大都为多细胞生物，在个体发育过程中发生细胞分化后，不同细胞的功能不同，基因表达的情况也就不一样，某些基因仅特异地在某种细胞中表达，称为细胞特异性或组织特异性表达，因而具有调控这种特异性表达的机制。 3. DNA 甲基化对基因表达的调控机制。 甲基化抑制基因转录的机制：DNA甲基化会导致某些区域DNA构象改变，包括甲基化后染色质对于核酸酶或限制性内切酶的敏感度下降，更容易与组蛋白H1相结合，DNaseⅠ超敏感位点丢失，使染色质高度螺旋化, 凝缩成团, 直接影响了转录因子与启动区DNA的结合效率的结合活性，不能启始基因转录。DNA的甲基化不利于模板与RNA聚合酶的结合，降低了转录活性。 4. 转录因子结合DNA的结构基序（结构域）有哪几类？ ①螺旋-转折-螺旋 ②锌指结构 ③碱性-亮氨酸拉链 ④碱性-螺旋-环-螺旋 5. 真核基因转调控中有几种方式能够置换核小体？ ①占先模式：可以解释转录时染色质结构的变化。该模型认为基因能否转录取决于特定位置上组蛋白和转录因子之间的不可逆竞争性结合。 ②动态模式该模型认为转录因子与组蛋白处于动态竞争之中，基因转录前染色质必须经历结构上的改变，即转换核小体中的全部或部分成分并重新组装，这个耗能的基因活化过程称为染色质重构 6. 简述真核生物转录水平调控过程。 真核生物在转录水平的调控主要是通过反式作用因子、顺式作用元件和RNA聚合酶的相互作用来完成的，主要是反式作用因子结合顺式作用元件后影响转录起始复合物的形成过程：①转录起始复合物的形成：真核生物RNA聚合酶识别的是由通用转录因子与DNA形成的
13 生物化学习题与解析基因表达调控
基因表达调控 一、选择题 （一） A 型选择题 1 ．基因表达调控的最基本环节是 A ．染色质活化 B ．基因转录起始 C ．转录后的加工 D ．翻译 E ．翻译后的加工 2 ．将大肠杆菌的碳源由葡萄糖转变为乳糖时，细菌细胞内不发生 A ．乳糖→ 半乳糖 B ． cAMP 浓度升高 C ．半乳糖与阻遏蛋白结合 D ． RNA 聚合酶与启动序列结合 E ．阻遏蛋白与操纵序列结合 3 ．增强子的特点是 A ．增强子单独存在可以启动转录 B ．增强子的方向对其发挥功能有较大的影响 C ．增强子不能远离转录起始点 D ．增强子增加启动子的转录活性 E ．增强子不能位于启动子内 4 ．下列那个不属于顺式作用元件 A ． UAS B ． TATA 盒 C ． CAAT 盒 D ． Pribnow 盒 E ． GC 盒 5 ．关于铁反应元件（ IRE ）错误的是 A ．位于运铁蛋白受体 (TfR) 的 mRNA 上 B ． IRE 构成重复序列 C ．铁浓度高时 IRE 促进 TfR mRNA 降解 D ．每个 IR E 可形成柄环节构 E ． IRE 结合蛋白与 IRE 结合促进 TfR mRNA 降解 6 ．启动子是指 A ． DNA 分子中能转录的序列 B ．转录启动时 RNA 聚合酶识别与结合的 DNA 序列 C ．与阻遏蛋白结合的 DNA 序列 D ．含有转录终止信号的 DNA 序列 E ．与反式作用因子结合的 RNA 序列 7 ．关于管家基因叙述错误的是 A ．在同种生物所有个体的全生命过程中几乎所有组织细胞都表达 B ．在同种生物所有个体的几乎所有细胞中持续表达 C ．在同种生物几乎所有个体中持续表达 D ．在同种生物所有个体中持续表达、表达量一成不变 E ．在同种生物所有个体的各个生长阶段持续表达 8 ．转录调节因子是 A ．大肠杆菌的操纵子 B ． mRNA 的特殊序列 C ．一类特殊的蛋白质 D ．成群的操纵子组成的凋控网络 E ．产生阻遏蛋白的调节基因 9 ．对大多数基因来说， CpG 序列高度甲基化 A ．抑制基因转录 B ．促进基因转录 C ．与基因转录无关 D ．对基因转录影响不大 E ．既可抑制也可促进基因转录 10 ． HIV 的 Tat 蛋白的功能是 A ．促进 RNA po l Ⅱ 与 DNA 结合 B ．提高转录的频率
真核生物的基因表达调控机制
一、真核基因组的复杂性 与原核生物比较，真核生物的基因组更为复杂，可列举如下。 1. 真核基因组比原核基因组大得多，大肠杆菌基因组约4×106bp，哺乳类基因组在 109bp数量级，比细菌大千倍；大肠杆菌约有4000个基因，人则约有10万个基因。 2. 真核生物主要的遗传物质与组蛋白等构成染色质，被包裹在核膜内，核外还有遗传 成分(如线粒体DNA等)，这就增加了基因表达调控的层次和复杂性。 3. 原核生物的基因组基本上是单倍体，而真核基因组是二倍体。 4. 如前所述，细菌多数基因按功能相关成串排列，组成操纵元的基因表达调控的单元， 共同开启或关闭，转录出多顺反子(polycistron)的mRNA；真核生物则是一个结构基因转录生成一条mRNA，即mRNA是单顺反子(monocistron)，基本上没有操纵元的结构，而真核细胞的许多活性蛋白是由相同和不同的多肽形成的亚基构成的，这就涉及到多个基因协调表达的问题，真核生物基因协调表达要比原核生物复杂得多。 5. 原核基因组的大部分序列都为基因编码，而核酸杂交等实验表明：哺乳类基因组中 仅约10%的序列为蛋白质、rRNA、tRNA等编码，其余约90%的序列功能至今还不清楚。 6. 原核生物的基因为蛋白质编码的序列绝大多数是连续的，而真核生物为蛋白质编码 的基因绝大多数是不连续的，即有外显子(exon)和内含子(intron)，转录后需经剪接(splicing)去除内含子，才能翻译获得完整的蛋白质，这就增加了基因表达调控的环节。 7. 原核基因组中除rRNA、tRNA基因有多个拷贝外，重复序列不多。哺乳动物基因组 中则存在大量重复序列(repetitive sequences)。用复性动力学等实验表明有三类重复序列：1）高度重复序列(highly repetitive sequences)，这类序列一般较短，长10－300bp，在哺乳类基因组中重复106次左右，占基因组DNA序列总量的10－60%，人的基因组中这类序列约占20%，功能还不明了。2）中度重复序列(moderately repetitive sequences)，这类序列多数长100－500bp，重复101－105次，占基因组10-40%。例如哺乳类中含量最多的一种称为Alu的序列，长约300bp，在哺乳类不同种属间相似，在基因组中重复3×105次，在人的基因组中约占7%，功能也还不很清楚。在人的基因组中18S/28SrRNA基因重复280次，5SrRNA基因重复2000次，tRNA基因重复1300次，5种组蛋白的基因串连成簇重复30-40次，这些基因都可归入中度重复序列范围。3）单拷贝序列(single copy sequences)。这类序列基本上不重复，占哺乳类基因组的50-80%，在人基因组中约占65%。绝大多数真核生物为蛋白质编码的基因在单倍体基因组中都不重复，是单拷贝的基因。 从上述可见真核基因组比原核基因组复杂得多，至今人类对真核基因组的认识还很有限，使现在国际上制订的人基因组研究计划(human gene project)完成，绘出人全部基因的染色体定位图，测出人基因组109bp全部DNA序列后，要搞清楚人全部基因的功能及其相互关系，特别是要明了基因表达调控的全部规律，还需要经历很长期艰巨的研究过程。 二、真核基因表达调控的特点 尽管我们现在对真核基因表达调控知道还不多，但与原核生物比较它具有一些明显的特点。
第十三章-基因表达的调控讲课教案
第十三章基因表达的调控 一、基因表达调控基本概念与原理： 1．基因表达的概念：基因表达（gene expression）就是指在一定调节因素的作用下，DNA分子上特定的基因被激活并转录生成特定的RNA，或由此引起特异性蛋白质合成的过程。 2．基因表达的时间性及空间性： ⑴时间特异性：基因表达的时间特异性(temporal specificity)是指特定基因的表达严格按照特定的时间顺序发生，以适应细胞或个体特定分化、发育阶段的需要。故又称为阶段特异性。 ⑵空间特异性：基因表达的空间特异性（spatial specificity）是指多细胞生物个体在某一特定生长发育阶段，同一基因的表达在不同的细胞或组织器官不同，从而导致特异性的蛋白质分布于不同的细胞或组织器官。故又称为细胞特异性或组织特异性。 3．基因表达的方式： ⑴组成性表达：组成性基因表达（constitutive gene expression）是指在个体发育的任一阶段都能在大多数细胞中持续进行的基因表达。其基因表达产物通常是对生命过程必需的或必不可少的，且较少受环境因素的影响。这类基因通常被称为管家基因（housekeeping gene）。 ⑵诱导和阻遏表达：诱导表达（induction）是指在特定环境因素刺激下，基因被激活，从而使基因的表达产物增加。这类基因称为可诱导基因。阻遏表达（repression）是指在特定环境因素刺激下，基因被抑制，从而使基因的表达产物减少。这类基因称为可阻遏基因。 4．基因表达的生物学意义：①适应环境、维持生长和增殖。②维持个体发育与分化。 5．基因表达调控的基本原理： ⑴基因表达的多级调控：基因表达调控可见于从基因激活到蛋白质生物合成的各个阶段，因此基因表达的调控可分为转录水平（基因激活及转录起始），转录后水平（加工及转运），翻译水平及翻译后水平，但以转录水平的基因表达调控最重要。 ⑵基因转录激活调节基本要素：①顺式作用元件：顺式作用元件（cis-acting element）又称分子内作用元件，指存在于DNA分子上的一些与基因转录调控有关的特殊顺序。②反式作用因子：反式作用因子（trans-acting factor）又称为分子间作用因子，指一些与基因表达调控有关的蛋白质因子。反式作用因子与顺式作用元件之间的共同作用，才能够达到对特定基因进行调控的目的。③顺式作用元件与反式作用因子之间的相互作用：大多数调节蛋白在与DNA结合之前，需先通过蛋白质-蛋白质相互作用，形成二聚体或多聚体，然后再通过识别特定的顺式作用元件，而与DNA分子结合。这种结合通常是非共价键结合。 二、操纵子的结构与功能： 在原核生物中，若干结构基因可串联在一起，其表达受到同一调控系统的调控，这种基因的组
原核生物基因表达调控概述
原核生物基因表达调控概述 基因表达调控是生物体内基因表达调节控制机制，使细胞中基因表达的过程在时间，空间上处于有序状态，并对环境条件的变化做出适当的反应复杂过程。 1.基因表达调控意义 在生命活动中并不是所有的基因都同时表达，代谢过程中所需各种酶和蛋白质基因以及构成细胞化学成分的各种编码基因，正常情况下是经常表达的，而与生物发育过程有关的基因则需在特定的时空才表达，还有许多基因被暂时的或永久的关闭而不来表达。 2.原核基因表达调控特点 原核生物基因表达调控存在于转录和翻译的起始、延伸和终止的每一步骤中。这种调控多以操纵子为单位进行，将功能相关的基因组织在一起，同时开启或关闭基因表达即经济又有效，保证其生命活动的需要。调控主要发生在转录水平，有正、负调控两种机制在转录水平上对基因表达的调控决定于DNA的结构，RNA 聚合酶的功能、蛋白质因子及其他小分子配基的相互作用。细菌的转录和翻译过程几乎在同一时间内相互偶联。 细胞要控制各种蛋白质在不同时期的表达水平，有两条途径：（1）细胞控制从其DNA模板上转录其特异的mRNA的速度，这是一条经济的途径，可减少从mRNA合成蛋白质的小分子物质消耗，这是生物长期进化过程中自然选择的结果，这种控制称为转录水平调控。（2）在mRNA合成后，控制从mRNA翻译肽链速度，包括一些与翻译有关的酶及其复合体分子缔合的装配速度等过程。这种蛋白质合成及其基因表达的控制称为翻译水平的调控。 二.原核生物表达调控的概念 （1）细菌细胞对营养的适应
细菌必须能够广泛适应变化的环境条件。这些条件包括营养、水分、溶液浓度、温度，pH等。而这些条件须通过细胞内的各种生化反应途径，为细胞生长 的繁荣提供能量和构建细胞组分所需的小分子化合物。 （2）顺式作用元件和反式作用元件 基因活性的调节主要通过反式作用因子与顺式作用元件的相互作用而实现。反式作用因子的编码基因与其识别或结合的靶核苷酸序列在同一个DNA分子上。RNA聚合酶是典型的反式作用因子。 顺式作用元件是指对基因表达有调节活性的DNA序列，其活性只影响与其 自身同处于一个DNA分子上的基因；这种基因DNA序列通常不编码蛋白质， 多位于基因旁侧或内含子中。位于转录单位开始和结束位置上启动子和终止子，都是典型的顺式作用元件。 （3）结构基因和调节基因 结构基因是编码蛋白或RNA基因。细菌的结构基因一般成簇排列，多个结 构基因受单一启动子共同控制，使整套基因或者都不表达。结构基因编码大量功能各异的蛋白质，其中有组成细胞核组织器官基本成分的结构蛋白，有催化活性的酶和各种调节蛋白等。调节基因是编码合成那些参与基因表达调控的RNA和蛋白质的特异性DNA序列。调节基因编码的调节物通过与DNA上的特定位点 结合控制转录是调控关键。 （4）操纵基因和阻遏蛋白 操纵基因是操纵子中的控制基因，在操纵子上一般与启动子相邻，通常处于开放状态，使RNA聚合酶能够通过并作用于启动子启动转录，阻遏蛋白是负调控系统中由调节基因编码的调节蛋白，它本身或与辅阻遏蛋白物一起合成于操纵基因，阻遏蛋白操纵因子结构基因的转变，阻遏蛋白可被诱导物变构失活，从而导致不可阻遏或去阻遏。
第六章_基因表达调控自测习题
第六章基因表达调控 自测题 （一）选择题 A型题 1. 关于基因表达调控的说法错误 ．．的是 A. 转录起始是调控基因表达的关键 B. 环境因素影响管家基因的表达 C. 在发育分化和适应环境上有重要意义 D. 表现为基因表达的时间特异性和空间特异性 E. 真核生物的基因表达调控较原核生物复杂的多 2. 下列哪项属于可调节基因 A. 组蛋白编码基因 B. 5S rRNA编码基因 C. 异柠檬酸脱氢酶编码基因 D. 肌动蛋白编码基因 E. 血红蛋白编码基因 3. 与α-酮戊二酸脱氢酶系协调表达的是 A. 肉毒碱脂酰转移酶I B. 柠檬酸合成酶 C. 丙酮酸羧化酶 D. 葡萄糖-6-磷酸酶 E. HMG-CoA合成酶 4. 乳糖操纵子中，能结合别位乳糖（诱导剂）的物质是 A. AraC B. cAMP C. 阻遏蛋白 D. 转录因子 E. CAP 5. 乳糖操纵子模型是在哪个环节上调节基因表达 A. 复制水平 B. 转录水平 C. 转录后水平 D. 翻译水平 E. 翻译后水平 6. 乳糖操纵子的调控方式是 A. CAP的正调控 B. 阻遏蛋白的负调控 C. 正、负调控机制不可能同时发挥作用 D. CAP拮抗阻遏蛋白的转录封闭作用 E. 阻遏作用解除时，仍需CAP加强转录活性 7. 与分解代谢相关的操纵子模型中，存在分解代谢物阻遏现象，参与这一调控的主要作用因子是 A. 阻遏蛋白 B. AraC C. 衰减子
D. cAMP-CAP复合物 E. 诱导剂 8. 原核细胞中，识别基因转录起始点的是 A. 阻遏蛋白 B. 转录激活蛋白 C. 基础转录因子 D. 特异转录因子 E. σ因子 9. 使乳糖操纵子实现高表达的条件是 A. 乳糖存在，葡萄糖缺乏 B. 乳糖缺乏，葡萄糖存在 C. 乳糖和葡萄糖均存在 D. 乳糖存在 E. 葡萄糖存在 10. 大肠杆菌可以采用哪种方式调控转录终止 A. 阻遏作用 B. 去阻遏作用 C. 反义控制 D. 衰减作用 E. 降低转录产物的稳定性 11. 关于色氨酸操纵子错误 ．．的描述是 A. 核蛋白体参与转录终止 B. 衰减子是关键的调控元件 C. 色氨酸不足时，转录提前终止 D. 转录与翻译偶联是其转录调控的分子基础 E. 色氨酸存在与否不影响先导mRNA的转录 12. 下列哪种因素对原核生物的翻译没有 ．．影响 A. microRNA B. 稀有密码子所占的比例 C. mRNA的稳定性 D. 反义RNA E. 调节蛋白结合mRNA 13. 真核生物基因表达调控的关键环节是 ①染色质活化②转录起始③转录后加工 ④翻译起始⑤翻译后加工 A. ①＋②＋③ B. ①＋②＋④ C. ①＋② D. ②＋③ E. ② 14. 下列哪种染色质结构的变化不．利于基因表达 A. 组蛋白乙酰化 B. 核小体解聚 C. CpG岛甲基化 D. 基因扩增 E. 染色质结构松散，对DNA酶I敏感 15. 下列哪项不．属于真核生物基因的顺式作用元件 A. 激素反应元件
第六章 基因表达调控
第六章基因表达调控 Regulation of Gene Expression 生物体的代谢调节尽管有不同的途径和水平，但最根本的还是基因的表达调控。基因表达即遗传信息的转录和翻译过程。 生物体在生命周期中，基因组的各个基因表达随生长发育有先后，并受内外环境的影响和诱导。 第一节基因表达调控基本概念与原理 一、基因表达的概念 ●基因表达（gene expression）就是指在一定调节因素的作用下，DNA分子上特定的基因 被激活并转录生成特定的RNA，或由此引起特异性蛋白质合成的过程。 ●人类基因组DNA中约含3.5万个基因，但在某一特定时期，只有少数的基因处于转录 激活状态，其余大多数基因则处于静息状态。一般来说，在大部分情况下，处于转录激活状态的基因仅占5%。 ●通过基因表达以合成特异性蛋白质，从而赋予细胞以特定的生理功能或形态，以适应内 外环境的改变。 二、基因表达的时间性及空间性 （一）时间特异性： ●基因表达的时间特异性(temporal specificity)是指特定基因的表达严格按照特定的时间顺 序发生，以适应细胞或个体特定分化、发育阶段的需要。故又称为阶段特异性。 二）空间特异性： ●基因表达的空间特异性（spatial specificity）是指多细胞生物个体在某一特定生长发育阶 段，同一基因的表达在不同的细胞或组织器官不同，从而导致特异性的蛋白质分布于不同的细胞或组织器官。故又称为细胞特异性或组织特异性。 三、基因表达的方式 （一）组成性表达： ●组成性基因表达（constitutive gene expression）是指在个体发育的任一阶段都能在大多 数细胞中持续进行的基因表达。其基因表达产物通常是对生命过程必需的或必不可少的，且较少受环境因素的影响。这类基因通常被称为管家基因（housekeeping gene）。（二）诱导和阻遏表达： ●诱导表达（induction）是指在特定环境因素刺激下，基因被激活，从而使基因的表达产 物增加。这类基因称为可诱导基因。 ●阻遏表达（repression）是指在特定环境因素刺激下，基因被抑制，从而使基因的表达产 物减少。这类基因称为可阻遏基因。 四、基因表达的生物学意义 一）适应环境、维持生长和增殖。 （二）维持个体发育与分化。 五、基因表达调控的基本原理
基因表达的调控机理新进展
基因表达的调控机理新进展 从DNA到蛋白质的过程叫基因表达(gene expression)，对这个过程的调节即为基因表达调控(regulation of gene expression or gene control)。基因调控是现代分子生物学研究的中心课题之一。因为要了解动植物生长发育规律。形态结构特征及生物学功能，就必须搞清楚基因表达调控的时间和空间概念，掌握了基因调控机制，就等于掌握了一把揭示生物学奥秘的钥匙。基因表达调控主要表现在以下几个方面：① 转录水平上的调控；② m RNA加工、成熟水平上的调控；③ 翻译水平上的调控； 基因表达调控的指挥系统有很多种，不同生物使用不同的信号来指挥基因调控。原核生物和真核生物之间存在着相当大差异。原核生物中，营养状况、环境因素对基因表达起着十分重要的作用；而真核生物尤其是高等真核生物中，激素水平、发育阶段等是基因表达调控的主要手段，营养和环境因素的影响则为次要因素。 （一）原核生物的基因表达调控 原核生物的基因表达调控虽然比真核生物简单，然而也存在着复杂的调控系统，如在转录调控种就存在着许多问题：如何在复杂的基因组内确定正确的转录起始点？如何将DNA的核苷酸按着遗传密码的程序转录到新生的RNA链中？如何保证合成一条完整的RNA链？如何确定转录的终止？ 上述问题决定于DNA的结构、RNA聚合酶的功能、蛋白因子及其他小分子配基的互相作用，在转录调控中，现已搞清楚了细菌的几个操纵子模型，现以乳糖操纵子和色氨酸操纵子为例予以说明。 乳糖操纵子模型 1.乳糖操纵子 法国巴斯德研究所著名的科学家Jacob和Monod在实验的基础上于1961年建立了乳糖操纵子学说，现在已成为原核生物基因调控的主要学说之一。
第十五章-基因表达调控
第十五章基因表达调控 一、单项选择题 1.基因表达产物是 A.RNA B.DNA C.蛋白质 D.DNA和蛋白质 E.RNA和蛋白质 2. 基因表达调控可在多级水平上进行，但其基本控制点是： A．基因活化， B．转录起始 C．转录后加工 D．翻译 E．翻译后加工 3. 关于管家基因叙述错误的是 A. 在生物个体的几乎各生长阶段持续表达 B. 在生物个体的几乎所有细胞中持续表达 C. 在生物个体全生命过程的几乎所有细胞中表达 D. 在生物个体的某一生长阶段持续表达 E. 在一个物种的几乎所有个体中持续表达 4. 下列情况不属于基因表达阶段特异性的是，一个基因在 A. 胚胎发育过程不表达，出生后表达 B. 胚胎发育过程表达，在出生后不表达 C.分化的骨骼肌细胞表达，在未分化的心肌细胞不表达 D. 分化的心肌细胞表达，在未分化的心肌细胞不表达 E. 分化的心肌细胞不表达，在未分化的心肌细胞表达 5. 一个操纵子通常含有 A. 数个启动序列和一个编码基因 B. 一个启动序列和数个编码基因 C. 一个启动序列和一个编码基因 D. 两个启动序列和数个编码基因 E. 数个启动序列和数个编码基因 6. 操纵子的基因表达调节系统属于： A. 复制水平调节 B. 转录水平调节 C. 逆转录水平调节 D. 翻译水平调节 E. 翻译后水平调节
7.在乳糖操纵子的基因表达中，乳糖的作用是： A.作为阻遏物结合于操纵基因 B.作为辅阻遏物结合于阻遏物 C.使阻遏物变构而失去结合DNA的能力 D.抑制阻遏基因的转录 E.使RNA聚合酶变构而活性增加 8. Lac操纵子的阻遏蛋白由 A. Z基因编码 B. Y基因编码 C. A基因编码 D. I基因编码 E. 以上都不是 9. 阻遏蛋白识别操纵子的 A 启动基因 B 结构基因 C 操纵基因 D 内含子 E 外显子 10. 分解代谢物基因激活蛋白（CAP）对乳糖操纵子表达的影响是： A 正性调控 B 负性调控 C 正/负调控 D 无控制作用 E 可有可无 11.cAMP与CAP结合、CAP介导正性调节发生在 A 葡萄糖及cAMP浓度极高时 B 没有葡萄糖及cAMP较低时 C 没有葡萄糖及cAMP较高时 D 有葡萄糖及cAMP较低时 E 有葡萄糖及CAMP较高时 12.与DNA结合并阻止转录进行的蛋白质是 A.正调控蛋白 B.反式作用因子 C.诱导物 D.分解代谢基因活化蛋白 E.阻遏物 13. 色氨酸操纵子调节过程涉及 A. 转录水平调节 B. 转录延长调节 C. 转录激活调节 D. 翻译水平调节 E. 阻遏蛋白和“衰减子”调节 14.当培养基中色氨酸浓度较大时，色氨酸操纵子处于： A.诱导表达 B.阻遏表达 C.基本表达 D.组成表达 E.协调表达 15.顺式作用元件是指
生物化学：基因表达调控(名词解释)
1. 顺式作用元件（cis-acting element）是指可以影响自身基因表达活 性的真核DNA序列。 2. 反式作用因子（trans-acting factor）.指调控转录的蛋白质因子。它们由某一基因表达后通过与特异的顺式作用元件相互作用，反式激活另一基因的转录。 3. 管家基因（housekeeping gene）.某些基因产物对生命全过程都是 必需的或必不可少的。这类基因在一个生物个体的几乎所有细胞中均表达，被称为管家基因。 4. 基因表达的时空性.即基因表达的时间、空间特异性。时间特异性：按功能需要某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生。在多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性。空间特异性：在个体生长全过程，某种基因产物在个体在不同组织或器官表达，即按空间顺序出现。 5. 启动子（promoter）启动子指RNA聚合酶结合位点周围的一组 转录调控组件，包括至少一个转录起始点以及一个以上的功能组件。 6. 增强子（enhancer）指远离转录起始点（1~30kb），决定基因的时间，空间特异性表达，增强启动子转录活性的DNA序列，其发挥作用的方式通常与方向，距离无关。 7. 沉默子（silencer）是某些基因含有负性调节元件，当其结合特异蛋白质因子时，对基因转录起阻遏作用。
8. 基本转录因子基本转录因子（general transcription factor）为RNA 聚合酶结合启动子所必需的一组蛋白质因子，决定三种RNA（tRNA、mRNA及rRNA）转录的类别。 9. 特异转录因子特异转录因子（special transcription factor）：为个 别基因转录所必需，决定该基因的时间、空间特异性表达，故称特异转录因子 10.基因组基因组（genome）：指一个细胞或病毒所携带的全部遗 传信息或整套基因。 11.基因表达基因表达：指储存遗传信息的基因转录及翻译合成蛋 白质，或者经转录合成RNA的过程。
真核生物基因表达调控 (2)
真核生物基因表达的调控 河南大学民生学院王磊生物技术 一、生物基因表达的调控的共性 首先，我们来看看在生物基因表达调控这一过程中体现的共性和一些基本模式。 1、作用范围。生物体内的基因分为管家基因和奢侈基因。管家基因始终表达，奢侈基因只在需要的时候表达，但二者的表达都受到调控。可见，调控是普遍存在的现象。 2、调控方式。基因表达有两种调控方式，即正调控与负调控，原核生物和真核生物都离不开这两种模式。 3、调控水平。一种基因表达的调控可以在多种层面上展开，包括DNA水平、转录水平、转录后加工水平、翻译后加工水平等。然为节省能量起见，转录的起始阶段往往作为最佳调控位点。 二、真核生物基因表达调控的特点 真核生物与原核细胞在结构上就有着诸多不同，这决定了二者在运行方面的迥异途径。真核生物比原核生物复杂，转录与翻译不同时也不同地，基因组与染色体结构复杂，因而有着更为复杂的调控机制。 1、多层次。真核生物的基因表达可发生在染色质水平、转录起始水平、转录后水平、翻译水平以及翻译后水平。 2、无操纵子和衰减子。 3、大多数原核生物以负调控为主，而真核生物启动子以正调控为主。 4、个体发育复杂，而受环境影响较小。真核生物多为多细胞生物，在生长发育过程中，不仅要随细胞内外环境的变化调节基因表达，还要随发育的不同阶段表达不同基因。前者为短期调控，后者属长期调控。从整体上看，不可逆的长期调控影响更深远。 三、真核生物基因表达调控的机制 介于真核生物表达以多层次性为最主要特点，我们可以分别从它的几个水平着眼，剖析它的调控机制。 1、染色质水平。真核生物基因组DNA以致密的染色质形式存在，发生在染色质水平的调控也称作转录前水平的调控，产生永久性DNA序列和染色质结构的变化，往往伴随细胞分化。染色质水平的调控包括染色质丢失、基因扩增、基因重排、染色体DNA的修饰，等等。 a.基因丢失：丢失一段DNA或整条染色体的现象。在细胞分化过程中，可以通过丢失掉某些基因而去除这些基因的活性。某些原生动物、线虫、昆虫和甲壳类动物在个体发育中，许多体细胞常常丢失掉整条或部分的染色体，只有将来分化产生生殖细胞的那些细胞一直保留着整套的染色体。如马蛔虫2n＝2，但染色体上有多个着丝粒。第一次卵裂是横裂，产生上下2个子细胞。第二次卵裂时，一个子细胞仍进行横裂，保持完整的基因组，而另一个子细胞却进行纵向分裂，丢失部分染色体。目前，在高等真核生物（包括动物、植物）中尚未发现类似的基因丢失现象。 b.基因扩增：基因扩增是指某些基因的拷贝数专一性增大的现象，它使得细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需要，是基因活性调控的一种方式。如非洲爪蟾卵母细胞中rDNA的基因扩增是因发育需要而出现的基因扩增现象；基因组拷贝数增加，即多
生物化学练习题——基因表达的调控和基因工程.
第11单元基因表达的调控和基因工程 （一）名词解释 1.操纵子； 2.启动子； 3.增强子； 4.衰减子； 5.反式作用因子； 6.降解物基因活化蛋白； 7.克隆技术； 8.限制性核酸内切酶； 9.基因组DNA文库； 10. cDNA文库。（二）填充题 1．正调控和负调控是基因表达的两种最基本的调节形式，其中原核细胞常用模式，而真核细胞常用模式。 2．在原核细胞中，由同一调控区控制的一群功能相关的结构基因组成一个基因表达调控单位，称为，其调控区包括基因和基因。 3.有些基因的表达较少受环境的影响，在一个生物体的几乎所有细胞中持续表达，因此被称为；另有一些基因表达极易受环境的影响，在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活，基因表达产物增加，这种基因是可的基因，相反，如果基因对环境信号应答时被抑制，这种基因是可的基因。 4.在基因重组技术中，切割DNA用，连接DNA用。 5.除噬菌体外，和也是分子克隆的常用载体。 6.用动物病毒DNA改造的基因载体有和。用于植物基因工程的常用载体是。 7.将重组质粒导入细菌称，将噬菌体DNA转入细菌称。 8.Southern印迹法、Northern印迹法和Western印迹法是分别用于研究、和转移和鉴定的几种常规技术。 （三）选择题（在备选答案中选出1个或多个正确答案） 1．一个操纵子通常含有 A.一个启动序列和一个编码基因 B.一个启动序列和数个编码基因 C.数个启动序列和一个编码基因 D.数个启动序列和数个编码基因 E两个启动序列和数个编码基因 2．有关操纵子学说的论述，正确的是 A.操纵子调控系统是真核生物基因调控的主要方式 B.操纵子调控系统是原核生物基因调控的主要方式 C.操纵子调控系统由调节基因、操纵基因、启动子和结构基因组成 D.诱导物与阻遏蛋白结合启动转录 E.诱导物与启动子结合而启动转录 3．转录因子是 A.调节DNA结合活性的小分子代谢效应物 B.调节转录延伸速度的蛋白质 C.调节转录起始速度的蛋白质 D.调节转录产物分解速度的蛋白质 E.促进转录产物加工的蛋白质 4．阻遏蛋白（阻抑蛋白）识别操纵子中的 A.启动基因 B.结构基因 C.操纵基因 D.内含子 E.调节基因 5.在下列哪种情况下，乳糖操纵子的转录活性最高 A.高乳糖，低葡萄糖 B.高乳糖，高葡萄糖 C.低乳糖，低葡萄糖 D.低乳糖，高葡萄糖 E.不一定 6.顺式作用元件是指 A.基因的5ˊ侧翼序列 B.基因的3ˊ侧翼序列 C.基因的5ˊ和3ˊ侧翼序列 D.基因的5ˊ和3ˊ侧翼序列以外的序列 E.具有转录调节功能的特异DNA序列
基因表达调控
第十三章基因表达调控 一、名词解释 1.基因表达 2.HRE 3.CAP 4.操纵子 5.启动子 二、填空 1.基因表达调控可发生在遗传信息传递的任何环节,但是基因表达 的基本控制点。 2.操纵子包括______________及______________。 3.基因表达包括______________和______________。 三、问答 简述乳糖操纵子的结构及其调节机制。 参考答案 一、名词解释 1.遗传信息表现为有功能的蛋白质，包括转录和翻译。 2.即激素反应元件，能与激素-受体复合物二聚体结合的DNA特定序列，结合后 可调节（促进或抑制）相邻基因的转录，进而调节该基因编码蛋白的合成。 3.CAP即分解代谢物基因激活蛋白，为同二聚体，分子内部有DNA结合区和cAMP 结合位点，可与乳糖操纵子启动序列中的CAP结合位点结合，正性调节乳糖操纵子的表达。 4.结构基因及其上游的调控序列。 5.σ因子辨认结合的部位。 二、填空 1.转录起始 2.结构基因上游调控序列 3.转录翻译
三、问答 乳糖操纵子含Z、Y、及A三个结构基因，编码降解乳糖的酶，此外还有一个操纵序列O、一个启动序列P和一个调节基因I，在P序列上游还有一个CAP 结合位点。由P序列、O序列和CAP结合位点共同构成lac操纵子的调控区，三个编码基因由同一个调控区调节。 乳糖操纵子的调节机制可分为三个方面： (1)阻遏蛋白的负性调节没有乳糖时, 阻遏蛋白与O序列结合,阻碍RNA 聚合酶与P序列结合,抑制转录起动；有乳糖时,少量半乳糖作为诱导剂结合阻遏蛋白，改变了它的构象，使它与O序列解离,RNA聚合酶与P序列结合,转录起动。 (2) CAP的正性调节没有葡萄糖时，cAMP浓度高，结合cAMP的CAP与lac操纵子启动序列附近的CAP结合位点结合，激活RNA转录活性；有葡萄糖时，cAMP浓度低，cAMP与CAP结合受阻，CAP不能与CAP结合位点结合，RNA转录活性降低。 (3)协调调节当阻遏蛋白封闭转录时，CAP对该系统不能发挥作用；如无CAP存在，即使没有阻遏蛋白与操纵序列结合，操纵子仍无转录活性。
基因表达与调控教学大纲
《基因表达与调控》研究生课程教学大纲 。 课程目标 鉴于研究生已在本科生阶段学习基因工程和细胞生物学基础，本课程的主要目标是以基因表达的转录水平调控和分子生物学基本技术为重点，帮助一年级研究生通过对经典教科书的阅读，深入了解基因表达与调控的基本内容、形成分子生物学基本思维方式和研究方法，为其今后的研究工作提供必要的背景知识。 课程组织 课程讲解：根据教学大纲，以J.D沃森等所编写的基因的分子生物学为参考，并引物最新的研究发现，对真核细胞中基因的转录调控过程进行讲解。 课堂报告和讨论：为每一位同学分发一份基因转录相关的最新科研报道，让同学进行详细阅读和理解，并且制作成ppt形式，在课堂上进行报告，全体同学对报告内容进行学习和讨论，堂报告本身根据主题是否明确、资料是否充分、组织十分艰巨、报告是否生动、回答问题是否准确等加以评分，报告成绩分数占总成绩的50%。 读书报告：每位同学在课程中除了阅读相应的教科书及文献；在课堂报告的准备、报告、回答问题活动后，还需根据所报告的内容以及所查阅的资料在学期结束前上交一份读书报告。读书报告成绩占整个课程成绩的30%。 课堂成绩：根据每位同学的出勤情况和上课参与讨论的积极程度酌情评分，成绩占整个课程的20%。 学分与课时安排 本课程2学分，共40课时，其中教师主讲30课时，学生报告10课时。 序号 教学内容 学时 1 引言：对基因转录和调控的简单介绍 2 2 一．中心法则 2
二．基因，基因组和染色体 2 4 三．染色体的复制和分离 2 5 四．核小体 4 6 五．RNA转录 4 7 六．基因表达转录水平调控的研究I（操纵子模型、启动子和增强子）4 8 七．基因表达转录水平调控的研究II（转录因子） 4 9
第十四章基因表达调控教案资料
第十四章基因表达调 控
第十四章基因表达调控 一、教学的基本要求 解释基因表达的概念，简述基因表达方式和特点。 叙述原核生物、真核生物基因表达调控的意义 记住基因表达调控的要素，解释重要的概念，如顺式作用元件、反式作用因子、启动子和启动序列、增强子、转录因子等 描述乳糖操纵子结构及调解原理，解释乳糖操纵子概念 写出原核真核基因调控的主要区别。 二、教学内容精要 （一）基因表达的概念，规律（特点）及方式 1.基因组(genome) 一个细胞或病毒携带的全部遗传信息或整套基因，称为基因组。不同生物基因组所含的基因多少不同。在某一特定时期，基因组中只有一部分基因处于表达状态。在个体不同生长时期、不同生活环境下，某种功能的基因产物在细胞中的数量会随时间、环境而变化。 2.基因表达 基因表达（gene expression）就是基因转录和翻译的过程。在一定调节机制控制下，大多数基因经历基因激活、转录及翻译等过程，产生具有特异生物学功能的蛋白质分子，赋予细胞或个体一定的功能或形态表型。但并非所有基因表达过程都产生蛋白质。rRNA和tRNA编码基因转录生成RNA的过程也属于基因表达。 3.基因表达的规律
基因表达表现为严格的规律性，即时间特异性（temporal specificity)、空间特异性（special specificity）。基因表达的时间、空间特异性由特异基因的启动子（promoter）和／或增强子（enhancer）与调节蛋白（regulatory protein）相互作用决定。 (1)时间特异性：噬菌体、病毒或细菌侵人宿主后，呈现一定的感染阶段。随感染阶段发展生长环境变化，有些基因开启（turn on)，有些基因关闭(turn off)。按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生，这就是基因表达的时间特异性。在多细胞生物从受精卵到组织、器官形成的各个不同发育阶段，相应基因严格按一定时间顺序开启或关闭，表现为与分化、发育阶段一致的时间性。因此多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性（stage specificity）。 (2)空间特异性：在多细胞生物个体某一发育、生长阶段，同一基因产物在不同的组织器官表达多少是不一样的；在同一生长阶段，不同的基因表达产物在不同的组织、器官分布也不完全相同。在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现，这就是基因表达的空间特异性。基因表达伴随时间或阶段顺序所表现出的这种空间分布差异，实际上是由细胞在器官的分布决定的，因此基因表达的空间特异性又称细胞特异性或组织特异性（tissue specificity）。 4.基因表达的方式 不同种类的生物遗传背景不同，同种生物不同个体生活环境的差异，可导致不同的基因功能和性质也不相同。因此不同基因的表达方式或调节类型存在很大差异。
生物化学试题及答案-基因表达调控
基因表达调控 一、单项选择题 1.基因表达产物是 A.RNA B.DNA C.蛋白质 D.DNA和蛋白质 E.RNA和蛋白质 2. 基因表达调控可在多级水平上进行，但其基本控制点是： A．基因活化， B．转录起始 C．转录后加工D．翻译 E．翻译后加工 3. 关于管家基因叙述错误的是 A. 在生物个体的几乎各生长阶段持续表达 B. 在生物个体的几乎所有细胞中持续表达 C. 在生物个体全生命过程的几乎所有细胞中表达 D. 在生物个体的某一生长阶段持续表达 E. 在一个物种的几乎所有个体中持续表达 4. 下列情况不属于基因表达阶段特异性的是，一个基因在 A. 胚胎发育过程不表达，出生后表达 B. 胚胎发育过程表达，在出生后不表达 C.分化的骨骼肌细胞表达，在未分化的心肌细胞不表达 D. 分化的心肌细胞表达，在未分化的心肌细胞不表达 E. 分化的心肌细胞不表达，在未分化的心肌细胞表达 5. 一个操纵子通常含有 A. 数个启动序列和一个编码基因 B. 一个启动序列和数个编码基因 C. 一个启动序列和一个编码基因 D. 两个启动序列和数个编码基因 E. 数个启动序列和数个编码基因 6. 操纵子的基因表达调节系统属于： A. 复制水平调节 B. 转录水平调节 C. 逆转录水平调节 D. 翻译水平调节 E. 翻译后水平调节 7.在乳糖操纵子的基因表达中，乳糖的作用是： A.作为阻遏物结合于操纵基因 B.作为辅阻遏物结合于阻遏物 C.使阻遏物变构而失去结合DNA的能力 D.抑制阻遏基因的转录 E.使RNA聚合酶变构而活性增加
8. Lac操纵子的阻遏蛋白由 A. Z基因编码 B. Y基因编码 C. A基因编码 D. I基因编码 E. 以上都不是 9. 阻遏蛋白识别操纵子的 A 启动基因 B 结构基因 C 操纵基因 D 内含子 E 外显子 10. 分解代谢物基因激活蛋白（CAP）对乳糖操纵子表达的影响是： A 正性调控 B 负性调控 C 正/负调控 D 无控制作用 E 可有可无 11.cAMP与CAP结合、CAP介导正性调节发生在 A 葡萄糖及cAMP浓度极高时 B 没有葡萄糖及cAMP较低时 C 没有葡萄糖及cAMP较高时 D 有葡萄糖及cAMP较低时 E 有葡萄糖及CAMP较高时 12.与DNA结合并阻止转录进行的蛋白质是 A.正调控蛋白 B.反式作用因子 C.诱导物 D.分解代谢基因活化蛋白 E.阻遏物 13. 色氨酸操纵子调节过程涉及 A. 转录水平调节 B. 转录延长调节 C. 转录激活调节 D. 翻译水平调节 E. 阻遏蛋白和“衰减子”调节 14.当培养基中色氨酸浓度较大时，色氨酸操纵子处于： A.诱导表达 B.阻遏表达 C.基本表达 D.组成表达 E.协调表达 15.顺式作用元件是指 A. 非编码序列 B. TATA盒 C. GC盒 D.具有调节功能的特异DNA序列 E. 具有调节功能的蛋白质 16. 反式作用因子是指 A. 对自身基因具有激活功能的调节蛋白 B. 对另一基因具有激活功能的调节蛋白 C. 具有激活功能的调节蛋白 D. 具有抑制功能的调节蛋白 E. 对特异基因转录具有调控作用的一类调节蛋白 17.关于启动子的叙述下列哪一项是正确的？ A.开始被翻译的DNA序列 B.开始转录成mRNA的DNA序列 C.开始结合RNA聚合酶的DNA序列 D.产生阻遏物的基因 E.阻遏蛋白结合的DNA序列
第十章 基因表达与调控参考答案
第十章基因表达与调控 1．经典遗传学和分子遗传学关于基因的概念有何不同？ 答：孟德尔把控制性状的因子称为遗传因子；约翰生提出基因（gene）这个名词，取代遗传因子；摩尔根等对果蝇、玉米等的大量遗传研究，建立了以基因和染色体为主体的经典遗传学。 经典遗传学认为：基因是一个最小的单位，不能分割；既是结构单位，又是功能单位。具体指：⑴. 基因是化学实体：以念珠状直线排列在染色体上；⑵. 交换单位：基因间能进行重组，而且是交换的最小单位。⑶. 突变单位：一个基因能突变为另一个基因。⑷. 功能单位：控制有机体的性状。 分子遗传学认为：⑴. 将基因概念落实到具体的物质上，并给予具体内容：一个基因是DNA分子上的一定区段，携带有特殊的遗传信息。⑵. 基因不是最小遗传单位，而是更复杂的遗传和变异单位：例如在一个基因区域内，仍然可以划分出若干起作用的小单位。现代遗传学上认为：①．突变子：是在性状突变时，产生突变的最小单位。一个突变子可以小到只有一个碱基对，如移码突变。②．重组子：在性状重组时，可交换的最小单位称为重组子。一个交换子只包含一个碱基对。③．顺反子：表示一个作用的单位，基本上符合通常所描的基因大小或略小，包括的一段DNA与一个多链的合成相对应，即保留了基因是功能单位的解释。⑶. 分子遗传学对基因概念的新发展：结构基因：指可编码RNA或蛋白质的一段DNA序列。调控基因：指其表达产物参与调控其它基因表达的基因。重叠基因：指在同一段DNA顺序上，由于阅读框架不同或终止早晚不同，同时编码两个以上基因的现象。隔裂基因：指一个基因内部被一个或更多不翻译的编码顺序即内含子所隔裂。跳跃基因：即转座因子，指染色体组上可以转移的基因。假基因：同已知的基因相似，处于不同的位点，因缺失或突变而不能转录或翻译，是没有功能的基因。 2.有一个双突变杂合二倍体，其基因型是+ a // b + ，如果有互补作用表示什么？如果无互补作用，表示什么？ 答：有互补作用：表示该表现型为野生型，a、b两突变不是等位的，是代表两个不同的基因位点。 无互补作用：表示该表现型为突变型，a、b两突变是等位的，是代表同一个基因位点的两个基因座。